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1、Nature | 中国科学院化学研究所乔燕、王树合作团队在人工细胞不对称分裂领域取得重要进展

人工细胞的可控分裂是模拟细胞行为的关键挑战。目前，研究人员可通过蛋白质机器介导、外部剪切、光刺激、离子强度调节和热流等手段，调控膜张力、膜流动性和渗透压，从而诱导囊泡分裂；也可通过热梯度、耗散自组装、浸润能及化学反应等机制，实现乳液和凝聚液滴体系中的对称分裂行为。相比之下，细胞的不对称分裂是生命体系实现细胞分化、发育和功能多样化的重要基础。然而，这一过程因涉及复杂的时空调控与结构重构机制，难以在人工细胞体系中复现。

在国家自然科学基金委、中国科学院和北京分子科学国家研究中心的支持下，化学研究所高分子物理与化学实验室乔燕课题组围绕人工细胞的构筑及其类细胞行为开展研究，取得了系列研究进展（Nat. Chem.2024, 16, 158-167; Nat. Chem.2025, 17, 986-996; Nat. Commun.2025, 16, 10554; J. Am. Chem. Soc.2025, 147, 45004-45014.）。

最近，乔燕、王树研究员合作团队联合国内外科学家，在国际学术期刊《自然》（Nature）上发表题为“Asymmetric splitting in dividing lipid-nucleotide multilamellar droplets”的研究论文。研究团队提出了一种基于瞬态化学不均匀性和界面能梯度驱动人工细胞不对称分裂的新思路，构筑了具备不对称分裂潜能的结构化液滴人工细胞模型，实现了母代人工细胞自发分裂为内核液滴和外壳囊泡两种形态与性能不同的子代。

研究团队构筑了一种由脂质分子与核苷酸自组装形成的层状液晶液滴人工细胞模型。在碱性磷酸酶催化下，液滴表面首先形成一个局部凹陷；随着酶催化反应持续进行，凹陷沿液滴表面周向逐渐扩展，同时液滴形成清晰的外壳—内核界面。当凹陷张开角度达到临界值，液滴内核被完整“挤出”，剥离后的外壳则通过边缘弛豫闭合，形成具有内水相的多层囊泡结构。最终，一个母代液滴分裂形成两个结构、组成和性质显著不同的子代结构。

研究结果表明，酶主要富集于液滴表面，其催化的去磷酸化过程可导致液滴层间距增大并引发结构失稳。在非酶条件下，多价离子介入或pH变化同样能够触发液滴分裂，这不仅证明了静电屏蔽作用是不对称分裂的核心驱动力，也表明该分裂机制具有较好的普适性，其本质来源于瞬态化学不均匀性与界面能梯度的协同作用。此外，层状液晶结构及其层内微小结构缺陷对液滴分裂至关重要，而内部无序的液滴则仅表现为均匀解体。

进一步研究发现，分裂后的子代液滴能够保留酶活性和分子浓度，而子代囊泡由于持续的去磷酸化，内部结构逐渐疏松并释放部分分子，pH也随之降低。这说明不对称分裂能够在子代体系中形成差异化化学微环境，从而为后续功能分化提供基础。该研究不仅为理解生命功能涌现提供了新的实验模型，也为构筑具备自主增殖、分化和演化能力的高复杂度人工细胞体系奠定了基础。

相关研究成果近日发表于Nature期刊（Nature 2026. DOI: 10.1038/s41586-026-10489-5），论文共同第一作者为化学研究所孟何和贾丽艳，通讯作者为化学研究所乔燕研究员、王树研究员、北京化工大学林艺扬教授、英国布里斯托大学Stephen Mann教授。化学研究所邱东研究员作为论文合作作者为小角/广角X射线散射实验提供了重要支持。该研究工作得到了化学研究所工程塑料实验室（SAXS/WAXS）和怀柔研究中心（STED超高分辨显微镜系统）的技术支撑。

2、陕西师范大学赵奎教授团队在国际顶级期刊《Nature》上发表重要突破性成果

5月13日，陕西师范大学材料科学与工程学院赵奎教授团队在国际顶级期刊《自然》（Nature）上发表题为“Stereoelectronic manipulation of ligands for perovskite solar cells”（钙钛矿太阳能电池配体的立体电子效应调控）的研究论文。我校为第一单位，2023级博士研究生杨廷欢为第一作者，刘生忠教授、瑞典林雪平大学高峰教授、赵奎教授为共同通讯作者。

钙钛矿太阳能电池因卓越功质比和低成本成为下一代光伏技术焦点。如何解决钙钛矿/电子传输层界面处固有的巨大能量损耗成为商业化进程的一个关键问题。针对这一问题，团队提出了一种新颖的有机配体分子电子效应设计方案，通过精准控制配体在钙钛矿/电子传输层界面的吸附构型，巧妙化解界面能量损失难题。

配体立体电子调控策略

团队通过将配体中的苯环碳原子替换为氮原子，构建出具有吡啶或嘧啶结构的含氮杂芳环分子，使单个配体同时具备Pb–N配位键和Pb–I–π相互作用两种协同结合模式。这种双重作用驱动配体在钙钛矿表面形成热力学更稳定的平行排列，不仅能够在原子尺度有效消除界面缺陷，还能维持亚纳米级电荷传输通道，实现界面缺陷钝化与高效电荷传输的协同统一。

钙钛矿太阳电池的光电性能和稳定性

基于该设计策略，钙钛矿太阳电池获得国际领先认证效率（第三方认证27.41%，稳态26.85%），并展现出普适性和可扩展性：在宽带隙（1.68 eV）器件中实现了24.04%（认证23.04%）的效率；在1 cm²级器件上实现了26.40%（认证25.62%）的效率，13.95 cm²级的微型组件实现了24.74%的效率。在户外真实环境连续运行258天后，器件仍保持85.8%的初始效率，验证了该策略对器件稳定性提升的有效性。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10626-0

3、中国科大成功研制“九章四号”量子计算原型机

中国科学技术大学潘建伟、陆朝阳、张强、刘乃乐等，联合济南量子技术研究院、山西大学、清华大学、上海人工智能实验室、崂山实验室、国家并行计算机工程技术研究中心等单位，成功研制出1024个量子压缩态输入8176模式的可编程量子计算原型机“九章四号”，首次操纵和探测高达3050个光子的量子态。“九章四号”被应用于高效求解高斯玻色采样任务，其计算速度相比当前全球最快的超级计算机El Capitan快1054倍（即量子优势比为1054），成功建立了国际上最强的“量子计算优越性”。论文于北京时间2026年5月13日发表于国际权威学术期刊《自然》。

图1 九章四号原型机示意图

量子计算利用量子叠加与纠缠特性，在特定问题上实现远超经典计算机的处理能力。“量子计算优越性”指的是量子计算机在某个明确定义的数学问题上超越现有最强超级计算机。它不仅验证了量子力学的计算潜能，也为检验“扩展的丘奇—图灵论题”提供了实验平台，更为后续容错量子计算机的研制积累必要的可扩展调控技术。“量子计算优越性”是量子计算具备应用价值的前提条件，也是当前一个国家量子计算研究实力的直接体现。

在这一全球竞争中，2019年，谷歌联合加州大学推出53比特超导处理器“悬铃木”，率先宣称实现优越性。然而，中国科学技术大学和上海人工智能实验室的科学家联合团队随后通过创新经典算法，将同一任务在超算上的求解时间从一万年压缩至数十秒，同时在能耗上少15倍，全面打破了谷歌2019年的“量子霸权”宣称，重新定义了“量子计算优越性”的边界。

2020年，中国科大团队成功研制76光子的“九章”光量子计算原型机[Science 370, 1460(2020)]，在国际上首次在光学体系中实现量子计算优越性，量子优势比为105，同时克服了谷歌方案中依赖样本数量的漏洞。次年，中国科大团队将光子数提升至113，推出可相位编程的“九章二号”，量子优势比达到1010[PRL 127, 180502(2021)]；同时，中国科大团队56比特超导原型机“祖冲之二号”[PRL 127, 180501(2021)]也宣告成功，使得中国成为全球唯一在两条技术路线上均达到量子计算优越性的国家。2023年，“九章三号”再将光子数刷新至255[PRL 131, 150601(2023)]，量子优势比进一步提升到1016，持续保持领先。

国际方面，加拿大Xanadu公司联合美国国家标准与技术研究院，采用与“九章”相同的高斯玻色采样技术，于2022年发布了216光子的“北极光”处理器，成为国际上第二个实现光学体系量子计算优越性的团队。

图2 光量子计算的国际竞争态势

“九章”系列专用量子计算原型机所执行的高斯玻色采样任务，不仅是展示量子计算优越性的重要模型，还可用于生成容错量子计算所需的玻色纠错码及大规模量子纠缠簇态。然而，在开发大规模量子处理器的过程中，由于编码线路日益庞大复杂，不可避免的光子损耗一直严重制约着系统的可扩展性。

针对这一问题，研究团队研发了高效率的光参量振荡器光源和时空混合编码干涉仪，将1024个高效率压缩态光场集成到一个时空混合编码的8176模式线路中，实现了92%的光源效率和51%的系统总效率。该时空混合编码架构实现了连接度的立方级扩展，使得系统能够在102461维的巨大希尔伯特空间中进行采样。这一系列创新使研究团队获得了对高达3050个光子的操纵和探测能力，比之前最好结果提升超过10倍。

团队将实验结果与当前所有最先进的经典模拟方法进行了对比基准测试，特别是针对利用光子损耗而设计的矩阵乘积态算法。结果表明，“九章四号”生成一个样本仅需 25微秒，而使用目前世界上最强大的超级计算机“El Capitan”和目前最好的经典算法，需要超过1042年的时间，量子优势比达到1054量级。“九章四号”成果代表了低损耗光量子处理器在规模和复杂度上的重大飞跃，进一步巩固了我国在光量子计算领域的世界领先地位。

图3 九章四号相对目前最快超级计算机的加速比

该论文共同第一作者是刘华亮、粟昊、邓宇皓、龚思秋。该研究工作受到了国家重大科技专项、国家自然科学基金委、科技部、中国科学院、安徽省、山东省、上海市、山西省和新基石基金会等的支持。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-026-10523-6

来源：中国科学院化学所、陕西师范大学、中国科学技术大学